pH-elektroder - de grundläggande problemen

Ett antal nya elektroder har presenterats de senaste åren, alla med påståendet om, att nu är det en elektrod som löser alla problem vid pH-mätning.

Enbart det faktum att nya elektroder presenteras bör få varje kritiskt tänkande kemist, tekniker och ingenjör att tvivla. Om verkligen alla problem blev lösta skulle inga nya behöva presenteras.
Sanningen är som så ofta att de fysiska och kemiska lagarna är omöjliga att förbise. Man kan inte komma förbi de problem som finns mellan processvätskan, referensvätskan och referenselektrodens inre element. Tidigare var elektrodernas extremt höga impedans också ett problem, det är det inte idag. De stor framsteg som skett inom elektroniken och på halvledare de sista 30 åren medför att dessa problem är historia.

Beläggningar på mätelektroden är nödvändigtvis inte ett problem.
Mätelektrodens åldrande, dvs följsamhet i själva glaselementet, förklaras vanligtvis med att elektrodens verksamma yta blir belagd eller förstörd av kontakten med processvätskan. Rengöring eller speciell kemisk behandling hjälper, men till sist skall elektroden ersättas av ny. Denna åldring är normalt en långsam, gradvis process som kan observeras och justeras under kalibrering. De problem som härleds från referenssystemet är oftast betydligt värre.

Referenssystemet förändras vid diffussion.
Referenselektroden skall vara i elektrisk kontakt med processvätskan. Oftast är detta utformat med en porös keramisk "plugg" mellan referenssystemets gelfyllda del och processvätskan. En annan typ av elektrod som används är en sk "open junction" typ, den har ingen "plugg" men istället en polymeriserad elektrolyt. En labyrint kan användas för att hålla en viss distans mellan de två vätskesystemen. Processvätskan försöker dock alltid att vandra - diffundera- in i referenssystemet, och referenssystemets flytande innehåll försöker alltid tränga ut i processvätskan. Detta betyder att den sk diffusionspotentialen alltid ändrar sig och förr eller senare blir denna "övergången" stängd eller referenssytemet förorenat. Detta är oundvikligen vad som sker vid användning av kombinationselektrod med inbyggt övertryck.

Väldefinierad utströmmning av
referenselektrolyt hjälper.
I de allra flesta fall uppnås det bästa resultatet när man använder den klassiska metoden där referenssystemet förses med en kontinuerlig ström av flytande referenselektrolyt. Om det är nödvändigt sätts referenssystemet under tryck, därigenom är man säker på att referenslösningen passerar den keramiska "pluggen" åt rätt håll, denna hålls öppen och väldefinierad. pH systemet kommer därigenom att fungera korrekt under betydligt längre tid än annars. Detta systemet har för dagen upplevt en renässans, det finns det många exempel på. Användare som i flera år provat andra typer av mätsystem, vänder tillbaka till flytande trycksatta referenssystem med stabilare mätningar och längre livslängd på elektroden som resultat.

Ytterligare optimering är möjlig.
Det finns en metod att mäta pH, där man åtminstone i teorin helt undgår störningen mellan referenssystemet och processvätskan. Systemet bygger på en differensialmätning mellan två glaselektroder. I stället för att mäta spänningsskillnad mellan glaselektrod och referenselektrod, mäter man spänningsskillnad mellan två identiska parade glaselektroder. Den ena elektroden sitter i processvätskan och den andra sitter i en referensvätska som har en kemisk sammansättning mycket lik processvätskan man mäter. Denna speciella referensvätska är i elektrisk förbindelse med processvätskan genom en keramisk "plugg", men eftersom de två vätskorna har mycket lika kemisk sammansättning, uppstår det inte några problem då det inte är någon reaktion dem emellan och heller ingen spänningsskillnad. Dessutom utförs mätningen oberoende av temperaturen. Denna princip har mycket stora fördelar i processer som är oförenliga med salterna i traditionella referenssystem eller har stora ändringar i pH beroende på temperatur. Ett exempel är mätningar av pH i mycket rent vatten.

« Tillbaka